CN103396297B - 从丙烯环氧化反应废水中回收有机物的热耦合节能系统及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从丙烯环氧化反应废水中回收有机物的热耦合节能系统及操作方法；将脱轻塔的减压操作，丙二醇单甲醚浓缩塔的加压操作，用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热脱轻塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热，从而实现两塔的热耦合；在脱轻塔的下部侧线采出丙二醇单甲醚及水混合物，经加压塔塔釜排出的废水加热后再作为加压塔的进料。将脱轻塔再沸器与加压塔冷凝器进行耦合，降低了低温热源消耗；脱轻塔塔中侧线采出醚水混合物，大部分废水被排出，降低了系统能耗；脱轻塔塔中侧线采出醚水混合物经由加压塔排出的废水加热，送入后续醚分离系统，充分利用了热能。
Description
技术领域
本发明属于精馏技术领域，涉及一种从环氧丙烷生产废水中回收有机物的热耦合节能减排工艺，特别是涉及一种从丙烯双氧水氧化法（HPPO法）装置产生的废水中回收有机物的热耦合节能系统及操作方法。
背景技术
由过氧化氢（双氧水）催化环氧化丙烯制环氧丙烷的新工艺（即HPPO法），生产过程中主要生成环氧丙烷和水，工艺流程简单，产品收率高，基本无污染，属于环境友好的清洁生产工艺。目前赢创工业集团（原德固萨，Degussa）与伍德（Uhde）公司、陶氏化学和巴斯夫（BASF）公司正在进行HPPO法生产环氧丙烷工业化技术推广。
赢创HPPO技术见诸专利WO2011017402A1,WO2012076538A1,US2012142950A1等。
从HPPO工艺看，一般在管式反应器中进行，使用甲醇作为溶剂，钛硅催化剂如TS-1为催化剂，丙烯采用H2O2被环氧化，生成环氧丙烷。环氧丙烷会与甲醇反应生成副产物丙二醇单甲醚。由于环氧丙烷分子的不对称性，存在开环方向的不同，所以产生的丙二醇单甲醚副产物是两种异构体。最终的含水物流将会含有5%左右的丙二醇单甲醚重组分及甲醇等轻组分。如果直接排放，势必造成大的环境污染；如果送污水处理，又势必增大处理成本；如果能够从废水中经济的回收丙二醇单甲醚等有机物，即有利于环境友好又能够降低生产成本，而且使回收的丙二醇单甲醚得到好的利用，变废为宝。
但由于废水量大，回收成分浓度低，处理能耗高，且丙二醇单甲醚和水会发生共沸，使用常规的精馏方法难以得到合格的丙二醇单甲醚产品。现有的文献资料中，为了解决水多能耗高的问题，通常采用在分离前使用渗透蒸发等方法脱除原料中的部分水分（张晓颖，邓新华，孙元，SiO2填充PDMS膜分离丙二醇单甲醚/水溶液，高分子材料科学与工程，2009，25（4），159-162）。渗透蒸发是分离液体混合物的一种新型膜分离技术，与传统分离方法相比，污染小、能耗低。可用于有机溶剂脱水、从水中脱除有机物以及有机物之间的分离。由于HPPO法生产环氧丙烷过程产生的废水中还含有一些其他物质，而这些物质的存在影响渗透蒸发效率，另外，渗透蒸发通量较小，设备投资很大，因此，渗透蒸发在应用上目前还有一定的局限性。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明拟通过热耦合技术，从丙烯环氧化反应废水中回收轻组分如甲醇及浓缩后的丙二醇单甲醚与水混合物，这样脱去大部分水，少量的丙二醇单甲醚与水浓缩物可以进一步采用常规的共沸精馏等方式提纯。达到从HPPO废水中回收低含量有机物的同时，降低整个回收装置的能耗，实现节能减排的目的。
本发明的技术方案如下：
一种从丙烯环氧化反应废水中回收有机物的热耦合节能操作方法，将脱轻塔的减压操作，丙二醇单甲醚浓缩塔的加压操作，用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热脱轻塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热，从而实现两塔的热耦合；在脱轻塔的下部侧线采出丙二醇单甲醚及水混合物，经加压塔塔釜排出的废水加热后再作为加压塔的进料。
所述的脱轻塔的减压操作优选为：操作压力为绝对压力0.02—0.1MPa。
所述的丙二醇单甲醚浓缩塔的加压操作为绝对压力优选为0.1—0.6MPa。
所述的从丙烯环氧化反应废水优选指丙二醇甲醚含量10%以下的废水。
本发明的从丙烯环氧化反应废水中回收有机物的热耦合节能系统，包括有脱轻塔C1、加压塔C2；加压塔C2塔顶的蒸汽管连接脱轻塔再沸器E1的热端，脱轻塔再沸器E1的冷端液体管线连接加压塔C2回流罐V2；脱轻塔C1设置有原料废水进口，脱轻塔C1塔中侧线采出丙二醇单甲醚-水混合物3出口管线连接物料入口预热器E3，预热器E3物料出口连接加压塔C2，预热器E3加热管线连接加压塔C2塔釜排出的废水管线。
脱轻塔C1塔中侧线采出丙二醇单甲醚-水混合物（3）出口位置低于原料废水（1）进口。
本发明的特点在于：脱轻塔和丙二醇单甲醚浓缩塔的能耗较大，且这两个塔的能耗相差不大、此时，将一个塔的压力适当提高一些，经另一个他的操作压力适当降低一些，使得加压塔的塔顶冷凝液的温度和脱轻塔塔釜再沸气相的温度之差达到最小热温差以上，并且使得加压塔塔顶冷凝放出的热量和脱轻塔塔釜再沸所需的热量尽量耦合匹配。这样，即可用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热脱轻塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热从而实现两塔的热耦合，实现节能的目标。
本发明的优点在于：
（1）将脱轻塔再沸器与加压塔冷凝器进行耦合，降低了低温热源消耗；（2）脱轻塔塔中侧线采出醚水混合物，大部分废水被排出，降低了系统能耗；（3）脱轻塔塔中侧线采出醚水混合物经由加压塔排出的废水加热，送入后续醚分离系统，充分利用了热能。
附图说明
图1：从丙烯环氧化反应废水中回收有机物的热耦合节能系统示意图；
图2：对比例示意图；
图中：S为加热介质进，SC为加热介质出。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：C1脱轻塔、C2加压塔；E1脱轻塔再沸器、E2脱轻塔冷凝器、E3加压塔进料预热器；V1脱轻塔C1回流罐、V2加压塔C2回流罐。
附图中，各标号所代表的流股列表如下：1HPPO废水原料进料、2脱轻塔C1塔顶蒸汽、3C1塔中侧线采出的醚水混合物、4脱轻塔C1塔釜废水排出、5轻组分产品（主要为甲醇等）、6加压塔C2塔顶蒸汽、7C2塔顶蒸汽6经换热后变成部分冷凝液或者饱和液体、8C2塔釜废水排出、9含丙二醇单甲醚组分的醚水共沸物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细描述本发明。对本领域的熟练技术人员来说，应该了解到是在下列实施例中公开的技术代表本发明人所发明的技术，本领域的熟练技术人员应该理解，基于这些公开内容，在不偏离本发明范围的情况下，可以对这里所公开的具体实施方案进行许多改变，并且仍然可以得到相同或类似结果。
本发明的一种从丙烯环氧化反应废水中回收有机物的热耦合节能操作方法，将脱轻塔的减压操作，丙二醇单甲醚浓缩塔的加压操作，用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热脱轻塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热，从而实现两塔的热耦合；另外在脱轻塔的下部侧线采出丙二醇单甲醚及水混合物，经加压塔塔釜排出的废水加热后再作为加压塔的进料。本发明充分利用塔顶蒸汽和塔釜排放废水的热量，达到节能的目的。
本发明的方案中，将脱轻塔压力适当降低，将丙二醇单甲醚浓缩塔压力适当提高，使得两塔换热的温差能够大于最小传热温差，以满足换热需要。
本发明的方案中，在脱轻塔的下部侧线采出丙二醇单甲醚-水混合物，经加压塔塔釜排出的废水进一步加热升温后再进入加压塔。
本发明的方案中，所述的脱轻塔的操作压力为绝对压力0.02—0.1MPa，丙二醇单甲醚浓缩塔压力为绝对压力0.1—0.6MPa。
本发明的方案中，所述的从丙烯环氧化反应废水中回收丙二醇甲醚的处理工艺，尤指丙二醇甲醚含量10%以下的废水。
本发明的热耦合节能系统，如图1所示，包括有脱轻塔C1、加压塔C2。加压塔C2塔顶的上升蒸汽6进入脱轻塔再沸器E1的热端，经换热后的塔顶的物料变成部分冷凝液或者饱和液体7，进入加压塔C2回流罐V2；原料废水1进入脱轻塔C1，塔顶蒸汽2经冷凝器E2进入C1回流罐V1，得到轻组分5，塔釜排出废水4；C1塔中侧线采出丙二醇单甲醚-水混合物3经预热器E3进入C2，E3由C2塔釜排出的废水8加热；含丙二醇单甲醚和水的浓缩物9进入醚分离单元。
实施例1
如图1所示。以处理每小时35吨、含丙二醇甲醚5%，甲醇，1%，乙醇0.02%，1,3丙二醇0.6%及少量重组分废水为例，将脱轻塔（脱轻塔）的操作压力适当降低为绝压0.02MPa，加压塔的操作压力为绝压0.1MPa，用加压塔塔顶蒸汽6放出的热量通过脱轻塔再沸器E1来加热脱轻塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热，从而实现两塔的热耦合；另外在脱轻塔的下部侧线采出醚水混合物3，经加压塔塔釜排出的废水加热后（即换热器E3）再进入加压塔。此时的两塔中的再沸器，以及加压塔进料预热器的热负荷如表1所示。
实施例2
如图1所示。以处理每小时35吨、含丙二醇甲醚5%，甲醇，1%，乙醇0.02%，1,3丙二醇0.6%及少量重组分废水为例，将脱轻塔（脱轻塔）的操作压力适当降低为绝压0.08MPa，加压塔的操作压力适当提高为绝压0.2MPa，用加压塔塔顶蒸汽6放出的热量通过脱轻塔再沸器E1来加热脱轻塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热，从而实现两塔的热耦合；另外在脱轻塔的下部侧线采出醚水混合物3，经加压塔塔釜排出的废水加热后（即换热器E3）再进入加压塔。此时的两塔中的再沸器，以及加压塔进料预热器的热负荷如表1所示。
实施例3
如图1所示。以处理每小时35吨、含丙二醇甲醚5%，甲醇，1%，乙醇0.02%，1,3丙二醇0.6%及少量重组分废水为例，脱轻塔（脱轻塔）的操作压力为绝压0.1MPa，加压塔的操作压力适当提高为绝压0.6MPa，用加压塔塔顶蒸汽6放出的热量通过脱轻塔再沸器E1来加热脱轻塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热，从而实现两塔的热耦合；另外在脱轻塔的下部侧线采出醚水混合物3，经加压塔塔釜排出的废水加热后（即换热器E3）再进入加压塔。此时的两塔中的再沸器，以及加压塔进料预热器的热负荷如表1所示。
比较例1
采用如图2所示的传统非热耦合工艺。以每小时35吨废水为例，脱轻塔的操作压力为绝压0.1MPa，加压塔的操作压力为绝压0.1MPa，另外在脱轻塔的下部侧线采出醚水混合物3，直接送入加压塔。此时的两塔中的再沸器的热负荷如表1所示。
表1各换热器（或再沸器、换热器）热负荷及节能
Claims (4)
1.一种从丙烯环氧化反应废水中回收有机物的热耦合节能操作方法，其特征是将脱轻塔的减压操作，丙二醇单甲醚浓缩塔的加压操作，用加压塔塔顶蒸汽放出的热量来加热减压塔塔釜的液相，利用该两股物料的匹配换热，从而实现两塔的热耦合；在减压塔的中部侧线采出丙二醇单甲醚及水混合物，经加压塔塔釜排出的废水加热后再作为加压塔的进料。
2.如权利要求1所述的操作方法，其特征是所述的脱轻塔的减压操作为：操作压力为绝对压力0.02—0.1MPa。
3.如权利要求1所述的操作方法，其特征是所述的丙二醇单甲醚浓缩塔的加压操作为绝对压力0.1—0.6MPa。
4.如权利要求1所述的操作方法，其特征是所述的从丙烯环氧化反应废水指丙二醇甲醚含量10％以下的废水。
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